3.1.3. Ресурсозабезпечення
Паливо доменної печі є не лише джерелом тепла, але й реагентом, який забезпечує відновлення заліза з руди та утворення чавуну.
Основні вимоги до палива: висока теплотворна здатність, малий вміст золи та вологи, чистота за вмістом шкідливих домішок, висока механічна міцність, пористість для забезпечення інтенсивного горіння. Воно повинно бути недефіцитним і недорогим.
Головними видами палива є кам'яновугільний кокс та природний газ. Окрім цього, потрібні флюси, вода, повітря, вогнетривкі та формувальні матеріали; особливе місце займають руди.
Кам'яновугільний кокс - калорійний, не розтріскується при нагріванні, має високу пористість та реакційну здатність. Його отримують зі спеціального коксівного вугілля, з вмістом легких речовин 18-26%. При коксуванні відбувається вилучення легких речовин, а тверда маса спікається і утворює пористе паливо - кокс. Має теплоту згоряння 6500-7500 ккал/кг (27,2-31,4 МДж/кг) і містить 0,5-1,8% сірки та 6-16% золи. Побічним продуктом є коксовий газ. На виплавку 1 т чавуну витрачається ~ 550 кг коксу. При цьому вартість коксу складає 45-55% собівартості чавуну.
Природний газ - найбільш ефективне паливо, теплота згоряння 8000-12000 ккал/м3 (36,6-50,5 МДж/м ), вдування 60-100 м природного газу на 1 т чавуну зменшує витрати коксу на 10-15%, підвищує відновлювальну здатність доменних газів, забезпечує більш високу продуктивність доменної печі.
Як паливо можна застосовувати ще і вугільний пил та мазут.
Повітря використовують для забезпечення горіння палива та отримання високих температур. Його нагрівають до 980-1200°С і вдувають в доменну піч; разом з повітрям часто подається до 32% кисню, який обумовлює підвищення температури та різко прискорює плавку.
Вода є необхідним елементом в доменному виробництві. її застосовують для охолодження домен, при цьому витрачається ~ 1 м за годину на 1 м корисного об'єму печі або 20-25 м на 1 т чавуну. Температура води в охолоджувальних пристроях підвищується в середньому на 5-8°С (в деяких зонах печі на 15-30°С); відпрацьована вода після охолодження в спеціальних басейнах або градирнях знов подається в охолоджувальну систему печі.
Основні вимоги до якості води доменного виробництва: рН 9,5-10,8; вміст завислих домішок до 2000 мг/л.
Вогнетривкі матеріали використовують у вигляді цегли для кладки доменних печей, порошків для наварки подів та відкосів металевої ванни печей, для протипригарного фарбування ливарних форм, пробок для ківшиків, як будівельний матеріал, у фізико-хімічних процесах, які протікають в металургійних агрегатах.
Вогнетривкі матеріали повинні відзначатися вогнетривкістю, тобто опором пом'якшенню та деформації при високих температурах; будівельною міцністю, термостійкістю (стійкість проти розтріскування при частих та різких змінах температури), хімічною стійкістю, низьким коефіцієнтом термічного розширення.
За хімічним складом вогнетривкі матеріали поділяють на кислі, напівкислі, напівосновні, основні та нейтральні. Ці назви зумовлені вмістом кислих або основних окисів у вогнеопорі.
Для доменних печей зі слабокислих вогнетривів використовують шамот. Його використовують для футеровки доменних печей, попередньо нагрівши до 1610-1750°С. А також нейтральні вуглецеві вогнетриви, які виготовляють з графіту та шамоту на глиняній зв'язці. Вогнетривкість їх перевищує 2000°С. Використовуються для кладки лещаді та для нижньої частини шахти доменних печей.
Формувальні матеріали - інші матеріали. Вони бувають основними (піски та глини) і допоміжними. Піски і глини є гірськими породами і розрізняються між собою за вмістом так званих глинистих складових. Кварцеві піски містять до 2% глинистої складової, глинисті - 2-50%. Замість звичайних формувальних глин у суміші іноді використовують бентонітові глини, часточки яких мають велику здатність до набухання, вода проникає всередину їх, тому ці глини мають в два-три рази більшу сполучну здатність, ніж звичайні.
Формувальна суміш складається з кварцевого піску, глини, води, протипригарних матеріалів. До допоміжних матеріалів відносяться зв'язувальні стержневі закріплювачі, протипригарні матеріали (кам'яне вугілля, мазут, графіт, фарби та ін.), які призначені для покриття форм та стержнів або як добавки до сумішей.
Руди
Залізні руди - гірські породи, які складаються з хімічних сполук заліза (РегОз; РЄ3О4; 2Ре20з'ЗНгО; РеСОз) та порожньої породи (піщаник, вапняк, доломіт).
Вимоги до руд: високий вміст заліза - 30-70%; добра відновлюваність; склад та стан шлаку, які забезпечують легкість її видалення у вигляді шлаку; задовільна кускуватість; низька вартість.
Найважливішими залізними рудами є:
магнітний залізняк (магнетит) - магнітний окис заліза, містить 72,4% Ре у вигляді магнетиту (РЄ3О4), в руді 55-60% Ре;
червоний залізняк (гематит) - безводний окис заліза РегОз (70% Ре), руда містить 58-60% Ре. Це найбільш розповсюджений вид руди в світі;
бурий залізняк - водні окиси заліза, найчастіше 2РегОз*ЗНгО (52-66% Ре), в руді 30-50% Ре;
шпатовий залізняк (сидерит) - карбонат заліза РеСОз (48,3% Ре), в руді 30-45% Ре.
Залізисті кварцити - магнетит та гематит містять 35-40% Те з кремнистою порожньою породою.
Крім цих руд, використовують комплексні руди:
хроміти, які містять крім заліза 37,5% окису хрому;
хромонікелеві залізні руди (1,5% хрому та 0,5% нікелю);
титаномагнетити (0,4% ванадію та до 13% двоокису титану).
Також в доменній плавці використовують відходи металургійного виробництва: скрап, залізисті та марганцеві шлаки, спечений рудний пил, окалину, недогарки та інше.
Марганцеві руди використовують для введення марганцю в склад чавуну. Вони містять 25-50% Мп у вигляді окислів МпОг, МпгОз, МП3О4.
Флюси використовують для оплавлення важкоплавкої порожньої породи руд та золи палива з утворенням низькоплавкого шлаку спеціального складу, який легко витікає з доменної печі, а також для часткового видалення сірки в шлак. Оскільки найчастіше порожня порода руди має кислотний характер, у якості флюсів використовують основні матеріали - вапняк СаСОЗ, доломіт СаСОЗМ§СОЗ. Якщо склад породи має основний характер використовують кварц, піщаник та ін. Флюси не повинні містити значні кількості сірки та фосфору, не більше 2-4% кремнезему та глинозему, які збільшують витрати флюсів та кількість утвореного шлаку; вміст кальцію - не менше 50-52%. Флюси перед плавкою підлягають подрібненню на шматки розміром 30-80 мм.
Витрати руди на 1 т чавуну, що виплавляється, змінюються в широких межах; вони залежать від вмісту заліза в руді та замінювачів руди в шихті, а також від виносу колошникового пилу, який при роботі на шматковій руді в міцному агломераті не перевищує іноді 30-50 кг на 1 т чавуну, а при роботі на пилуватій руді досягає 200-300 кг і більше.
Витрати флюсу змінюються від 0 при самоплавці шихти до 1 т на 1 т чавуну та більше при дуже бідній руді з кислою порожньою породою.
Витрати води. Для охолодження доменних печей витрачається велика кількість води (приблизно 1 мЗ за годину на 1 мЗ корисного об'єму печі або 20-25 мЗ на 1 т чавуну, що виплавляється). Температура води в охолоджувальних приладах збільшується в середньому на 5-8°С (в деяких зонах печі на 15-30°С).
Доменне виробництво має такі питомі витрати води (мЗ/т чавуну): всього - 60, в тому числі свіжої - 4,5, і це складає 25% від всього металургійного виробництва.